热电无源红外传感器介绍
热电被动红外线（PIR）传感器经常用于日常生活中。它们是运动检测中的关键部件，可用于安全系统，自动门或自动照明。常见应用是人类检测。例如，当有人在指定区域中检测到时，这些传感器可用于触发警报或接通照明。
有源传感器发射能量，例如超声波，光或微波，并且当反射发射信号受到干扰时确定发生变化。无源传感器不发出信号，而是检测IR辐射水平的变化。这些传感器比活跃的传感器消耗更少的能量。
PIR传感器是如何工作的?
被动红外传感器包含对红外辐射敏感的两部分。由于运动是重要的，传感器传递的信号反映了每一半检测到的红外水平的差异。这意味着，只要两半看到相同数量的红外辐射，传感器没有检测到任何运动。但如果这两个部分中的一个看到的红外水平不同于另一个，传感器的输出要么高要么低。
图1显示了热源进入或离开传感器保护区域时输出电压的变化情况:
图1:PIR传感器原理
两个红外敏感矩形的面积很小(每个矩形≈2 mm²)。因此，这种传感器的视觉需要改进。这就是为什么强烈推荐使用菲涅耳透镜的原因。它将增加探测范围。
传感器信号调理
当一个温度不同于环境水平的物体通过其检测场时，PIR传感器发出1 mVpp范围内的小交流信号。此外，这个小电压围绕着一个直流信号，而这个直流信号可能在不同的传感器之间有很大的变化。
因此，必须取消信号的直流部分，只放大交流部分。
由于这个信号会受到环境的干扰，噪声滤波也会有帮助。圣的运算放大器(运算放大器)将帮助我们执行所有这些功能。
如果我们想要检测人体运动，我们必须考虑0.5到5赫兹的频率。双通道运放TSU102用于放大和滤波这个频率范围。图2显示了一个示意图:
图2：PIR原理图
PIR传感器产生的交流信号被放大69 dB:第一级放大35 dB，第二级放大34 dB。
ST的TSU102完全满足应用需求。实际上，增益带宽积(GBP)必须大于2.7 kHz (fmax x增益x10 = 5x53x10 = 2.7 kHz)。考虑到10因素是为了有一定的差额，并确保不被英镑所限制。几乎所有的GBP放大器都符合这一要求。此外，由于运动检测取消了DC, VIO就不重要了。
最后，如果我们正在处理可移植的应用程序，消费是一个关键因素。这个原理图是为了优化消耗而设计的，这就是为什么我们使用了只消耗1.2µa的TSU102。
在这里，主要的消耗是由于传感器。消耗19µA。
其余的应用程序消耗3.6μA：
- 1.2 μ A被TSU102运算放大器
- 由R6和R7组成的分隔桥2.4μA
通过将电阻值乘以但以可靠性成本，可以减少分隔桥的消耗。当阻抗高时，灰尘或水分的影响更高。这些扰动可以产生寄生阻抗。
数字输出怎么样？
根据您的配置，它可能很有意思，而不是具有模拟输出，而是为了简化微控制器侧的实现。
因此，可以添加最后阶段以执行窗口比较器。当检测到热源时，U3或U4的输出将处于低状态。
图3显示了最后阶段的原理图：
图3:窗口比较器阶段
分压桥由电阻R6、R7、R8、R9组成，用于设置U3、U4器件的电压基准。这些电阻替代了图2中的R6和R7。
由于TSU101是一个输入/输出轨对轨运放，对输入共模电压没有约束。因此，当U3和U4的电压参考在VCC范围内时，窗口比较器将工作。
在我们的例子中，U3将引用设置为0.84*VCC
当信号(Vout2)大于这个参考值(如果VCC = 3.3 V则等于2.77 V)时，U3的输出将处于接近地的低状态。
与U3类似，U4用于检测信号小于参考信号。在这个例子中，它的电压基准被设置为530 mV，感谢由R6, R7, R8和R9组成的分压器桥。
电压参考计算：
因此，当信号（VOUT2）小于0.53V时，U4的输出电压将处于低状态。
感谢这些原理图，我们可以看到一个单四通道运放可以用于这个应用:一个通道为第一级，另一个为第二级，另外两个为最后一个。这意味着，通过使用一个TSU104，你只需要一个有源组件的信号调理。
请注意，TSU104不是比较器，但使用运算放大器对于此功能不是如此低的速度问题。
如果您只需要单个数字输出，则可以使用连接在U3和U4的输出上的NAND门。
硬件测量
本节介绍了允许信号调节的原理图的要点。
首先，我们需要知道PIR传感器输出的信号行为。图4显示了这个信号。在这里，我们可以看到启动时间，但我们不能看到是否有人被检测到:
图4：PIR传感器的输出电压
然而，在图5中，我们可以观察到放大和滤波阶段之后的信号。我们可以清楚地看到探测结果，而如果没有信号条件，这是不可能的:
图5:PIR信号调理
当检测到运动时，输出U3或U4降低，靠近地。因此，全局链的输出可以直接插入微控制器输入。这可用于触发警报，开关灯，或者您想做的任何事情。
注意，为了检测热源运动，必须考虑初始化时间。这是由于传感器的预热时间和电容的充电。这就是为什么在微控制器级别上必须考虑适当的空白时间。
结论
被动红外传感器被广泛使用，并且需要运算放大器放大并过滤它们产生的信号，这是嘈杂的并且具有非常小的幅度。运算放大器还可用于将具有阈值电压的放大信号与微控制器发送到微控制器的I / O（无需ADC）之前。
感谢TSU104（四通道OP-AMP），您可以设计符合3.3 V微控制器的应用程序。整个模拟链仅使用TSU104消耗24μA。
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